TWI661039B - 研磨用磨粒、其之製造方法、研磨方法、研磨裝置及漿料 - Google Patents

研磨用磨粒、其之製造方法、研磨方法、研磨裝置及漿料 Download PDF

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Abstract

本發明之課題係以高的研磨速度高品質地研磨被研磨材之表面。
本發明係以濕式研磨法研磨被研磨材。漿料係將研磨用磨粒分散於純水中而成者。研磨用磨粒係使發揮機械化學作用之成分、或對研磨被研磨材時產生之摩擦熱起反應之成分等以全體一體化成粒子狀。各成分係分別保持各成分之物質固有之性質之狀態，藉由機械合金化處理而相互直接結合而成。藍寶石或碳化矽或氮化鎵等摩擦步驟中使用該漿料時，可比過去大幅縮短研磨時間，可大幅改善加工成本。研磨面為高品質。研磨用磨粒可重複使用於研磨處理。由於漿料之pH為3~9左右，故不會對研磨作業場環境造成影響，廢液之處理亦簡單。

Description

研磨用磨粒、其之製造方法、研磨方法、研磨裝置及漿料
本發明係關於用於研磨藍寶石、碳化矽(SiC)或氮化鎵(GaN)等被研磨材表面所使用之研磨用磨粒及其製造方法與研磨方法及研磨裝置以及研磨用漿料。
近年來，針對多功能化與高性能化，已多次提案新穎之半導體裝置。如依據該等提案般，係使用矽(Si)基板以外之新穎材料。尤其，藍寶石或電源裝置用之SiC、或發光二極體(LED)用之GaN等基板受到矚目。今後，以實現更高性能化、可量產之低成本化為目的，而期望開發出基板之新穎加工方法。
半導體裝置之製造步驟中，為使基板(Semiconductor substrate)之表面平坦，而進行研磨處理(polishing process)。過去採用之一種方法係使用含金剛石磨粒之油性漿料研磨被研磨材之基板之方法。使被研磨材之基板表面以金剛石磨粒予以機械性研削。金剛石磨粒之硬度比碳化矽之基板高。該方法係研磨速度快速，可以短 時間達到目標研磨量之方法。然而，會有於被研磨材之基板表面產生深且大的傷痕之情況。據此，難以獲得高品質之研磨面。而且，油性漿料由於因研磨處理之熱而變質，故使金剛石磨粒凝聚。結果，會有昂貴的金剛石磨粒無法再利用之問題。
為解決上述問題，已介紹採用產生機械化學效果之研磨方法之技術(專利文獻1)。機械化學研磨係以使被研磨材之表面改質，藉比被研磨材柔軟之研磨磨粒進行研磨。據此，不會在被研磨材表面產生大的傷痕。另外，亦介紹使用氧化劑作為碳化矽之研磨材，且提高研磨速率(removal rate)之技術。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特開2005-81485號公報
專利文獻2：日本專利4345746號公報
專利文獻3：日本專利4827963號公報
專利文獻4：WO2011136387號公報
專利文獻1中揭示之乾式研磨法(Dry polishing)係在被研磨材(object material)與研磨用磨粒 (abrasive particle)之間產生高的摩擦熱，促進機械化學研磨(mechanochemical polishing)，且實現研磨速度(removal rate)之提高。然而，暴露於高的溫度下之研磨用磨粒與研磨屑由於會附著於研磨裝置之內部，故裝置之洗淨需花費時間。因此，有生產性變差之問題點。
另一方面，專利文獻2或專利文獻3所示之濕式研磨法(Wet polishing)係將過氧化氫等氧化劑添加於研磨漿料中使被研磨材之表面氧化，實現研磨速率之提高。然而，含有氧化劑之漿料會使作業環境變差，廢液處理之成本增大。而且，氧化劑會有腐蝕研磨裝置之情況。專利文獻4所示之濕式研磨法係使用強鹼性漿料促進機械化學研磨，實現研磨速度之提高。然而，如pH10~14之強鹼性漿料會使作業環境變差，且廢液處理之成本增大。此外，任一情況下，研磨處理中漿料之特性均容易變化，故監視與調整為不可或缺，而有研磨步驟難以自動化之問題。亦即，過去已知之方法無法以實用之研磨速率高品質地研磨具有高耐腐蝕性之SiC或GaN。
為解決上述課題，本發明之目的係提供一種採用濕式研磨方法，利用產生機械化學效果之研磨方法，且可實現被研磨材之高品質、高的研磨速率之研磨用磨粒及其製造方法。
另外，本發明之目的係提供一種使用對環境影響較少之漿料濕式研磨被研磨材之研磨方法與研磨裝置及研磨用漿料。
以下之構成分別係用以解決上述課題之手段。
〈構成1〉
一種研磨用磨粒，其係使莫氏硬度與被研磨材相等或比被研磨材低之粒子狀之第1研磨劑、與使上述被研磨材化學變質之粒子狀之第2研磨劑藉由機械合金法一體化成粒子狀者。
〈構成2〉
如構成1所記載之研磨用磨粒，其中上述第1研磨劑佔上述經一體化粒子之5重量百分比以上且95重量百分比以下。
〈構成3〉
如構成1所記載之研磨用磨粒，其中上述第2研磨劑佔上述經一體化粒子之5重量百分比以上且95重量百分比以下。
〈構成4〉
如構成1至3中任一項所記載之研磨用磨粒，其中使上述第1研磨劑與第2研磨劑一體化成平均粒徑0.05μm以上且100μm以下之粒子狀。
〈構成5〉
一種研磨用複合磨粒，其特徵係使具有機械研磨性之成分與具有化學研磨性之成分一體化而成之粒子，且藉由機械合金化處理使兩成分接合。
〈構成6〉
如構成1至5中任一項所記載之研磨用磨粒，其係用於研磨被研磨材表面之粒子，該粒子含有藉由機械合金化處理而結合之複數種無機化合物成分，各無機化合物成分係以保持各成分之物質固有性質之狀態，相互透過非晶質層結合為一體。
〈構成7〉
如構成6所記載之研磨用磨粒，其中上述複數種之無機化合物成分係以保持各成分之物質固有之性質之狀態結合，各無機化合物成分分別係其一部分露出於粒子之外表面。
〈構成8〉
如構成6或7所記載之研磨用磨粒，其中複數種無機化合物成分之任一者含有對被研磨材產生機械化學效果之化學反應性研磨材。
〈構成9〉
如構成8所記載之研磨用磨粒，其中複數種無機化合物成分任一者之莫氏硬度與被研磨材相等或莫氏硬度比被研磨材低。
〈構成10〉
如構成8所記載之研磨用磨粒，其中複數種無機化合物成分之任一者含有對被研磨材產生機械化學效果之化學反應性研磨材、與機械削除被研磨材之產生機械化學效果之表面的成分。
〈構成11〉
如構成10所記載之研磨用磨粒，其中機械削除被研磨材表面之成分之莫氏硬度與被研磨材相等或比被研磨材低。
〈構成12〉
如構成10所記載之研磨用磨粒，其中對被研磨材產生機械化學效果之化學反應性研磨材為藉由研磨處理時產生之摩擦熱反應而使被研磨材之研磨面氧化之成分。
〈構成13〉
如構成10所記載之研磨用磨粒，其中對被研磨材產生機械化學效果之化學反應性研磨材係由鋰、鹼土類金屬 之碳酸鹽、磷酸鹽、氟化物、硼化合物、及氯化銀、溴化銀、碘化銀等鹵化合物、冰晶石、或明礬中選出之1種或2種以上之難溶性之鹽。
〈構成14〉
一種研磨用磨粒之製造方法，其係混合複數種之無機化合物成分之原料，且在乾式狀態下進行機械合金化處理，使各無機化合物成分相互透過非晶質層結合為一體而成為粒子狀。
〈構成15〉
一種研磨被研磨材之研磨方法，其係使用使如構成1至12中任一項所記載之研磨用磨粒分散於純水中而成之漿料。
〈構成16〉
一種研磨構件，其係將如構成1至12中任一項所記載之研磨用磨粒分散於基材中予以固定者。
〈構成17〉
一種研磨裝置，其具備以合成纖維、玻璃纖維、天然纖維、合成纖維、天然樹脂之任一種構成，且使如構成1至12中任一項所記載之研磨用磨粒分散於表面且固定之研磨墊， 使用彈力將被研磨材朝向研磨墊表面按壓之保持裝置，將純水供給於研磨面之注液器，上述保持裝置之彈力係設定成在上述研磨用磨粒與上述被研磨材之間，於利用上述反應促進劑產生化學反應之溫度以上產生摩擦熱之程度。
〈構成18〉
一種用於研磨碳化矽或氮化鎵之漿料，其係將如構成1至12中任一項所記載之研磨用磨粒分散於中性之水中而生成之懸浮液，且在攝氏25度下之pH為4以上11以下。
〈構成19〉
一種複合磨粒，其係用以濕式研磨藍寶石之磨粒，且係藉由機械合金法使包含下列成分之混合物直接結合而一體化成粒狀者：莫氏硬度為7以上9以下之粒子狀之第1研磨劑，對上述被研磨材具有機械化學作用之粒子狀之第2研磨劑，對漿料所使用之純水為難溶性且由鹼金屬鹽或鹼土類金屬鹽所成之粒子狀之摩擦熱反應劑。
〈構成20〉
如構成19所記載之複合磨粒，其中上述第1研磨劑為Al2O3、ZrSiO4或ZrO2，且佔上述經一體化粒子之5重量百分比以上95重量百分比以下。
〈構成21〉
如構成19所記載之複合磨粒，其中上述第2研磨劑係選自Cr2O3、Fe2O3、SiO2之群中之一種或2種以上之材料且佔上述經一體化粒子之5重量百分比以上95重量百分比以下。
〈構成22〉
如構成19所記載之複合磨粒，其中選擇SiO2作為上述第2研磨劑時，選擇莫氏硬度比SiO2大者作為上述第1研磨劑。
〈構成23〉
如構成19所記載之複合磨粒，其中上述摩擦熱反應劑係選自CaCO3、SrCO3、MgCO3、BaCO3、Li2CO3、Ca3(PO4)2、Li3PO4及AlK(SO4)2之群中之一種或2種以上之材料，且佔上述經一體化粒子之5重量百分比以上95重量百分比以下。
〈構成24〉
如構成19所記載之複合磨粒，其中 上述第1研磨劑為Al2O3、ZrSiO4或ZrO2，上述第2研磨劑係選自Cr2O3、Fe2O3、SiO2之群中之一種或2種以上之材料，上述摩擦熱反應劑係選自CaCO3、SrCO3、MgCO3、BaCO3、Li2CO3、Ca3(PO4)2、Li3PO4及AlK(SO4)2之群中之一種或2種以上之材料。
〈構成25〉
一種複合磨粒，其係藉由機械合金法使如構成1至6中任一項所記載之第1研磨劑與第2研磨劑與摩擦熱反應劑結合而一體化成平均粒徑0.05μm以上100μm以下之粒子狀。
〈構成26〉
一種複合磨粒之製造方法，其係藉由機械合金法使如構成19至24中任一項所記載之第1研磨劑與第2研磨劑與摩擦熱反應劑結合而一體化成平均粒徑0.05μm以上100μm以下之粒子狀。
〈構成27〉一種濕式研磨上述被研磨材之研磨方法，其係使用將如構成19至24中任一項所記載之複合磨粒分散於純水中而成之漿料。
〈構成28〉
一種濕式研磨藍寶石之研磨方法，其係以15重量百分比之濃度將上述複合磨粒分散於100毫升純水而構成漿料時，選擇如構成19至24中任一項所記載之複合磨粒之調配以使攝氏25度時之pH為5以上9以下。
〈構成29〉
一種用於濕式研磨藍寶石之漿料，其中如構成19或24所記載之複合磨粒之表觀比容(靜置法)為0.5ml/g以上且200ml/g以下。
〈構成30〉
一種研磨裝置，其具備將如構成9至11中任一項所記載之漿料供給於由合成纖維、玻璃纖維、天然纖維、合成樹脂、天然樹脂之任一種構成之研磨墊上之裝置，使用彈力將被研磨材按壓於上述墊，使分散於上述墊之上面之複合磨粒與上述被研磨材之間產生摩擦之按壓裝置。
〈構成31〉
一種研磨裝置，其具備將如構成1或6所記載之複合磨粒分散於由合成纖維、玻璃纖維、天然纖維、合成樹脂、天然樹脂之任一種構成之研磨墊上並固定，且將純水供給於上述墊上之裝置，與使用彈力將被研磨材按壓於上述墊，使分散於上述墊之上面之複合磨粒與上述被研磨材之間產生摩擦之按壓裝置。
〈構成32〉
一種研磨用磨粒，其係以碳化矽或氮化鎵作為被研磨材之磨粒，且使對上述被研磨材發揮化學研磨作用之成分、與對研磨上述被研磨材時產生之摩擦熱起反應而促進上述化學研磨作用之反應促進劑，以分別保持各成分之物質固有性質之狀態，藉由機械合金化處理而相互直接結合以全體一體化成粒子狀者。
〈構成33〉
一種研磨用磨粒，其係以碳化矽或氮化鎵作為被研磨材之磨粒，且使對上述被研磨材發揮機械研磨作用之成分、與對上述被研磨材發揮化學研磨作用之成分分別保持各成分之物質固有之性質之狀態，藉由機械合金化處理而相互直接結合以全體一體化成粒子狀。
〈構成34〉
一種研磨用磨粒，其係以碳化矽或氮化鎵作為被研磨材之磨粒，且使對上述被研磨材發揮機械研磨作用之成分、與對上述被研磨材發揮化學研磨作用之成分、與含有對研磨上述被研磨材時產生之摩擦熱起反應而促進上述化學研磨作用之反應促進劑之成分，分別保持各成分之物質固有性質之狀態，藉由機械合金化處理而相互直接結合以全體一體化成粒子狀。
〈構成35〉
一種研磨用磨粒，其係以碳化矽或氮化鎵作為被研磨材之磨粒，且使藉由研磨處理時產生之摩擦熱反應而使被研磨材之研磨面氧化之成分、與藉由研磨時產生之摩擦熱而促進研磨面之氧化作用之成分，分別保持各成分之物質固有性質之狀態，藉由機械合金化處理而相互直接結合以全體一體化成粒子狀。
〈構成36〉
一種研磨用磨粒，其係以碳化矽或氮化鎵作為被研磨材之磨粒，且使藉由研磨處理時產生之摩擦熱反應而使被研磨材之研磨面氧化之成分、與藉由研磨時產生之摩擦熱而促進研磨面之氧化作用之成分、及機械去除經氧化之被研磨材之研磨面之成分，分別保持各成分之物質固有性質之狀態，藉由機械合金化處理而相互直接結合以全體一體化成粒子狀。
〈構成37〉
如構成33、34或36所記載之研磨用磨粒，其中發揮上述機械研磨作用之成分為SiC、Al2O3、ZrSiO4、ZrO2或該等以外之矽酸鹽化合物，且為新莫氏硬度為9以上且13以下者，上述第1成分相對於研磨用磨粒之總重量佔5重量百分比以上95重量百分比以下。
〈構成38〉
如構成33、34或36所記載之研磨用磨粒，其中發揮上述機械研磨作用之成分為滑石、雲母或該等以外之矽酸鹽化合物，且為新莫氏硬度未達9者，上述第1成分相對於研磨用磨粒之總重量佔5重量百分比以上95重量百分比以下。
〈構成39〉
如構成32至34中任一項所記載之研磨用磨粒，其中發揮上述化學研磨作用之成分為除Zr以外之存在於週期表上第3族至第11族之間之過渡金屬元素或週期表上第12族元素(鋅族元素)之氧化物或複氧化物，上述第2成分相對於研磨用磨粒之總重量佔5重量百分比以上95重量百分比以下。
〈構成40〉
如構成32至34中任一項所記載之研磨用磨粒，其中發揮上述化學研磨作用之成分為MnO2，且相對於研磨用磨粒之總重量佔5重量百分比以上95重量百分比以下。
〈構成41〉
如構成32或33至36中任一項所記載之研磨用磨粒，其中上述反應促進劑為對純水難溶性者，且為鹼金屬 鹽或鹼土類金屬鹽，上述反應促進劑相對於研磨用磨粒之總重量佔5重量百分比以上95重量百分比以下。
〈構成42〉
如構成32或33至36中任一項所記載之研磨用磨粒，其中上述反應促進劑為CaCO3，且相對於研磨用磨粒之總重量佔5重量百分比以上95重量百分比以下。
〈構成43〉
如構成32至42中任一項所記載之研磨用磨粒，其係碳化矽或氮化鎵之濕式研磨中使用者，且一體化成平均粒徑為0.05μm以100μm以下之粒子狀。
〈構成44〉
如構成32至44中任一項所記載之研磨用磨粒，其中經混合之任一成分均係其一部分露出於研磨用磨粒之外表面者。
〈構成45〉
一種製造研磨用磨粒之方法，其係使利用機械合金化處理使對碳化矽或氮化鎵之被研磨材發揮研磨作用之2種以上之成分一體化。
〈構成46〉
一種研磨方法，其係使如構成32至44中任一項所記載之研磨用磨粒分散於純水中並研磨碳化矽或氮化鎵。
〈構成47〉
一種研磨方法，其係以碳化矽或氮化鎵作為被研磨材之研磨方法，且係將純水局部供給於上述被研磨材與如構成32至44中任一項所記載之研磨用磨粒之接觸面。
〈構成48〉
一種研磨裝置，其具備由合成纖維、玻璃纖維、天然纖維、合成樹脂、天然樹脂之任一種構成，且於表面分散並固定如構成32至36中任一項所記載之研磨用磨粒分散之研磨墊，使用彈力將被研磨材朝向研磨墊表面按壓之保持裝置，將純水供給於研磨面之注液器，上述保持裝置之彈力係設定成在上述研磨用磨粒與上述被研磨材之間，於藉由上述反應促進劑產生化學反應之溫度以上產生摩擦熱之程度。
〈構成49〉
一種漿料，其係用於研磨碳化矽或氮化鎵者，且係將如構成32至36中任一項所記載之研磨用磨粒分散於中性之水中生成之懸浮液，在攝氏25度時之pH為4以上且 11以下。
本發明之研磨用磨粒係利用機械合金化處理而使複數種類之成分(component)相互直接結合，一體化成粒子狀而成。由於各成分間之結合能大，故研磨處理中研磨用磨粒不會分解。藉由對被研磨材發揮化學研磨作用之成分，產生機械化學效果，即使以莫氏硬度比被研磨材低之研磨用磨粒仍可以高的研磨速度研磨。反應促進劑係以藉由研磨用磨粒之外表面與被研磨材之摩擦而產生之熱進行反應，而促進化學研磨作用。依據促進化學研磨作用，而可進一步提高研磨速率。
複數種類之成分由於保持個別各成分之物質固有性質之狀態結合，故使個別成分連鎖作用而促進研磨。複數種類之成分相互直接結合而以整體一體化成粒子狀，故各研磨用磨粒連鎖發揮各自之功能。
使用發揮機械研磨作用之成分之硬度相對高者時，可高速研磨。使用發揮機械研磨作用之成分之硬度相對低者時，可高品質地研磨。
使上述研磨用磨粒分散於純水中而成之漿料幾乎無害。不會對研磨作業場所之環境造成影響，且廢液處理亦簡單。而且，研磨中構成磨粒之成分之消耗少，故可重複使用，較經濟。
使用水等之漿料之濕式研磨會使熱能發散，一般無法 充分發揮化學之研磨作用。相對於此，使複數種類之成分一體化成粒子狀之研磨用磨粒即使濕式研磨亦能有效利用熱能，故可充分發揮化學研磨作用。
10‧‧‧研磨用磨粒(3成分)
11‧‧‧研磨用磨粒(2成分)
12‧‧‧第1成分
13‧‧‧第2成分
14‧‧‧反應促進劑
15‧‧‧非晶質層
16‧‧‧A研磨材
18‧‧‧B研磨材
17‧‧‧漿料
19‧‧‧高分子材料
20‧‧‧研磨壓盤
22‧‧‧研磨墊
24‧‧‧保持裝置
26‧‧‧被研磨材
28‧‧‧注液器
30‧‧‧箭頭
32‧‧‧箭頭
33‧‧‧箭頭
圖1係顯示本發明之研磨用磨粒之概略構造例之外觀圖。
圖2係顯示使用研磨用磨粒之研磨裝置之一例之概略立體圖。
圖3係過去已知之機械化學研磨方法之說明圖。
圖4係本發明之研磨用磨粒之顯微鏡照片與研磨動作說明圖。
圖5係比較以實施例之研磨用磨粒研磨處理前後之研磨用磨粒之成分之圖。
圖6係使用各種磨粒進行研磨處理後之廢液性質之比較圖。
圖7係更換第1成分時之SiC之研磨速率比較圖。
圖8係更換第2成分時之SiC之研磨速率比較圖。
圖9A係GaN之研磨速率比較圖，圖9B係藍寶石之研磨速率比較圖。
圖10係顯示更換反應促進劑時之研磨速率與研磨處理後之溫度之關係的數據。
圖11係顯示研磨壓力與研磨速率之關係之比較圖。
圖12係顯示各種磨粒之研磨速率與表面粗糙度之關係之比較圖。
圖13係顯示比較例之磨粒之研磨速率與表面粗糙度之關係之比較圖。
圖14係圖表化之研磨速率之比較圖。
圖15係圖表化之研磨後之表面粗糙度之比較圖。
圖1係顯示本發明之研磨用磨粒之概略構造之外觀圖。
本發明之研磨用磨粒10係用以研磨藍寶石、碳化矽或氮化鎵等各種材料而使用。本發明之研磨用磨粒10係例如如圖1A所示，第1成分12與第2成分13與反應促進劑14分別保持各個成分之物質固有性質之狀態，利用機械合金化處理相互直接結合而成者。第1成分12為對被研磨材發揮機械研磨作用之成分。第2成分13為對被研磨材發揮化學研磨作用之成分。反應促進劑14為對研磨被研磨材時產生之摩擦熱起反應而促進上述化學研磨作用之成分。該研磨用磨粒10係該等成分經一體化成粒子狀者。
此外，如圖1B所示，僅由第2成分13與第3成分14所成之研磨用磨粒11隨後亦以實施例說明。另外，各種組合均為可能。化學研磨作用包含於被研磨材表面產生機械化學效果而使之變質之作用。且，化學研磨作 用亦包含藉由研磨處理時產生之摩擦熱而反應使被研磨材之研磨面氧化之作用。藉由該等作用，可使被研磨材表面變質成完全狀態之被研磨材之硬度以下之硬度後進行研磨。
組合藉研磨處理時產生之摩擦熱而反應使被研磨材之研磨面氧化之第2成分、與藉研磨時產生之摩擦熱促進研磨面之氧化作用之第3成分之兩成分亦具有充分之實用性。
直接鍵結上述複數種成分意指未使用複數種成分以外之材料予以結合。意指不使用接著劑等等結合材料而結合。利用機械合金化處理使複數種成分結合時，如圖1C所示，在邊界部分形成非晶質層15。各成分透過該非晶質層15一體地結合。各無機化合物成分係藉由利用機械合金化處理於結晶表面產生之非晶質層15具有之化學活性予以結合。利用該結合力，在研磨前、研磨中均不易使各無機化合物成分分離。據此，在研磨用磨粒之與被研磨材接觸之部分處連鎖地發揮各無機化合物成分之特性。而且，如圖1C所示，第2成分或第3成分之結晶表面各處所形成之非晶質層15亦有提高該等化學研磨作用之效果。
一體化成粒子狀係意指選定為適於作為磨粒之用途的尺寸與形狀。碳化矽或氮化鎵基板之作為研磨用所要求之表面粗糙度為0.01μm以下時，研磨用磨粒之平均粒度宜選定為10μm以下。使用於濕式研磨時，本發明 之研磨用磨粒較好製造成平均粒徑0.05μm以上100μm以下之粒子狀。使用固定於研磨墊或磨石上之該研磨用磨粒時，亦可使用粒徑更大者。據此，本發明之研磨用磨粒可對應於各種面粗糙度之要求。
研磨用磨粒只要是一體化成塊狀者即可。研磨用磨粒之外形亦可不為圓形。複數種類之成分係利用機械合金化處理而結合。據此，複數種類之成分係以保持各成分之物質固有性質之狀態結合。結合複數種類之成分係組合各成分之物質固有性質，用以研磨被研磨材。任一情況下，本發明之研磨用磨粒在進行濕式研磨時，不使用含酸或鹼或氧化劑等之化學漿料。具有之特徵為可將研磨用磨粒分散於中性水中而使用。
[機械合金化處理]
機械合金化處理係首先混合第1成分12之粉末與第2成分13之粉末與反應促進劑14之粉末，且重複施加粉碎、摩擦、壓縮、拉伸、敲擊、彎曲或衝撞之機械衝撞。亦可賦予某種類之衝撞。亦可組合複數種類之衝撞。利用該等機械衝撞使粉末粉碎，混合成均勻。隨後，產生一部分粉末經一體化而固化成粒子狀之現象。各成分係以分別保持各個成分之物質固有性質之狀態，相互直接結合以整體一體化成粒子狀。各成分係透過非晶質層一體地結合。
[第1成分之作用]
第1成分對被研磨材發揮機械研磨作用。第1成分12之新莫氏硬度(修正莫氏硬度)係依據被研磨材之硬度加以選擇。例如，被研磨材為碳化矽或氮化鎵時，將新莫氏硬度設為7以上13以下的新莫氏硬度為7以上之理由係使複合粒子用於機械高速研磨碳化矽或氮化鎵所需要具備之最小限度之硬度。新莫氏硬度設為13以下之理由係使用碳化矽或氮化鎵之硬度以下之粒子，不對碳化矽或氮化鎵之表面造成大的損傷地進行研磨。第1成分12適用矽酸化合物。例如，適用SiC、Al2O3、ZrSiO4、ZrO2、滑石、或雲母。該等以外之矽酸鹽化合物亦適用。於獲得高的研磨速率時，適用SiC、Al2O3、ZrSiO4或ZrO2，且係新莫氏硬度為9以上13以下者。另一方面，於獲得高品質之研磨面時，適用更柔軟之滑石或雲母。亦即，是用矽酸鹽化合物且係新莫氏硬度未達9者。又，研磨新莫氏硬度為9之藍寶石時，研磨用磨粒之新莫氏硬度宜為7以上9以下。
將上述經一體化之粒子總重量設為100時，第1成分12較好佔5重量百分比以上95重量百分比以下。第1成分12之調配比例未達5百分比時，會有研磨用磨粒之硬度不足之情況。且，第1成分12之調配比例超過95百分比時，會有第2成分不足，使利用化學研磨作用之研磨速率提高不充分之情況。
[第2成分之作用]
第2成分13對被研磨材產生機械化學效果。對被研磨材產生機械化學效果指至少切斷被研磨材表面之分子或原子間之鍵，並經氧化，使一部分之分子或原子取代成其他分子或原子之作用。如此藉由使被研磨材之表面化學變質，而可藉與被研磨材相等或比其柔軟之磨粒剝除經變質之部分。藉此，使被研磨材之表面平坦化。由於僅剝除靠近被研磨表面之部分，故不會在被研磨材表面產生深且大的傷痕。藉由該第2成分之作用，可成為能以迄今無法獲得之高的研磨速率(removal rate每單位時間之研磨量)進行之研磨處理。
被研磨材為碳化矽或氮化鎵時，第2成分13較好選擇由Cr2O3、Fe2O3、TiO2、ZnO、NiO、SnO2、Sb2O3、CuO、Co3O4、CeO2、Pr6O11、MnO2之群中選出之一種或兩種以上之氧化物使用。第2成分係Zr除外之存在於週期表上第3族至第11族之間之過渡金屬元素或週期表上第12族元素(鋅族元素)之氧化物或複氧化物。複氧化物(multiple oxide)係該等氧化物之任2種以上固溶而成者。
選擇作為第2成分13之材料包含在高溫下易使碳化矽或氮化鎵氧化之物質。上述之例列舉之第2成分13均為氧化物，尤其是MnO2作為固體氧化劑已充分悉知，且以利用電解法製造之活性強的二氧化錳較適合。二氧化錳係利用研磨處理時產生之摩擦熱而反應使碳化矽之C面氧化，且與Si面進行固相反應。經氧化之研磨面可 藉與碳化矽相等以下之莫氏硬度之成分有效地機械去除。
以藍寶石作為研磨材時，較好為容易與藍寶石之鋁離子(Al3+)引起同形置換之材料。該材料為離子半徑與鋁(Al)近似之物質。另一方面，二氧化矽(SiO2)發生在矽氧烷脫水時產生之取代。藉由該化學反應，使被研磨材(藍寶石)之表面變質，而可藉與被研磨材相等以下之硬度之第1研磨劑有效地研磨。又，第2成分13於將上述經一體化之粒子之總重量設為100時，較好佔5重量百分比以上95重量百分比以下。第2成分13之調配比例未達5百分比時，會有化學研磨作用不足，無法維持充分高的研磨速率之情況。又，第2成分13之調配比例超過95百分比時，會有作為整體之研磨用磨粒之硬度不足之情況。
[反應促進劑之作用]
反應促進劑14係對作為漿料使用之純水難溶性者，係由鹼金屬鹽或鹼土類金屬鹽所成。反應促進劑14不為液體，而是固體。反應促進劑14若為固體，則可利用機械能與第1成分12或第2成分13進行一體化處理，獲得研磨用磨粒。相對於此，反應促進劑14為液體時，或者為易溶解於水中之材料時，在漿料中研磨用磨粒會分解。再者，廢液會對環境造成不良影響。
反應促進劑14較好為選自CaCO3、SrCO3、MgCO3、BaCO3、LiCO3、Ca3(PO4)2、Li3PO4、AlK(SO4)2之群中之一種或2種以上之材料。適宜為對於純水為難溶 性者且係鹼金屬鹽或鹼土類金屬鹽。任一種材料均可利用研磨時產生之摩擦熱促進第2成分13之研磨功能。除此之外，以CaF2、Na3AlF6、Na2B4O7、AgCl、AgBr、AgI等在大氣中對安定之純水為難溶性之無機化合物。
又，具體而言，選擇作為反應促進劑14之材料，除了LiCO3與AlK(SO4)2外，對純水之溶解度為0.1以下。亦即，對攝氏25度之100克純水溶解之量為0.1克以下。另一方面，LiCO3對純水之溶解度為1.33，AlK(SO4)2之溶解度為6.74，與其他材料相比較大。然而，使用作為研磨用磨粒時，均不會在研磨中分離而大量溶解於純水中。亦即，利用機械合金化處理而一體化，藉此使反應促進劑難溶解於純水中。據此，可使研磨用磨粒與漿料一起循環，重複使用於研磨。本發明中，所謂難溶性係指對攝氏25℃之100克純水溶解之量為7克以下者。
反應促進劑14在將經一體化之粒子之總重量設為100時，較好佔5重量百分比以上95百分比以下。反應促進劑14之調配比例未達5重量百分比時，會有促進第2成分13之研磨功能之效果不充分之情況。反應促進劑14之調配比例超過95重量百分比時，會有第2成分13之量不足之情況。
例如有考慮選擇鋰碳酸鹽、鹼土類碳酸鹽作為反應促進劑之情況。利用本發明之研磨用磨粒進行濕式研磨時，研磨用磨粒擦過被研磨材，而產生局部摩擦熱。 結果，使二氧化碳自鋰碳酸鹽、鹼土類碳酸鹽脫離。此處產生之氧化鋰或氧化鹼土類瞬間與水分反應，產生高的水合熱，同時生成強鹼性物質的氫氧化鋰或氫氧化鹼土類。
被研磨材表面之與研磨用磨粒接觸之微小區域產生該現象。由於研磨用磨粒中含有產生機械化學效果之成分、與對被研磨材發揮機械研磨作用之成分，故促進連鎖之機械化學效果，而有效地削除該部分。
選擇明礬亦即AlK(SO4)2作為反應促進劑時，藉由摩擦熱之作用，在被研磨材表面附近形成酸性區域，而促進機械化學效果。
選擇氟化合物或鹵化合物作為反應促進劑時，認為係產生以下反應者。
於Si系之被研磨材之表面附近，原子先失去共價鍵，處於稱為未鍵結鍵(dangling bond)之狀態。未鍵結鍵上之電子由於不安定故為化學活性。研磨用磨粒磨過被研磨材表面時，因摩擦熱而產生氟離子。結果，使未鍵結鍵與氟結合。電陰性度強之氟原子會使被研磨材之表面之結晶構造變形。因此，促進於被研磨材表面之機械化學效果。
[研磨裝置]
圖2係顯示使用本發明之研磨用磨粒之研磨裝置之一例之概略立體圖。
研磨壓盤20係朝箭頭32之方向旋轉驅動。研磨壓盤 20之上面以研磨墊22被覆。保持裝置24係用於將被研磨材26(碳化矽基板或氮化鎵基板)壓向研磨墊22且支撐之裝置。本發明係自注液器28朝箭頭30之方向與漿料一起供給研磨用磨粒。被壓向研磨墊22表面之被研磨材26與研磨用磨粒接觸並進行研磨。漿料與研磨用磨粒於研磨處理中係連續逐次定量供給。
本發明之研磨用磨粒可使用於例如藍寶石基板、或電源裝置用之碳化矽或氮化鎵基板之拋光處理(polishing process)。藍寶石基板之新莫氏硬度為9。碳化矽基板或氮化鎵基板之新莫氏硬度為13。拋光處理係研磨至例如碳化矽或氮化鎵基板之表面粗糙度達到0.010μm以下。可將使研磨用磨粒分散於純水中而成之懸浮液供給於研磨面進行研磨處理。可使用中性之水作為漿料用。為了於該水中分散研磨用磨粒，亦可添加界面活性劑或螯合劑。將本發明之研磨用磨粒分散於中性之水中生成之懸浮液係如後述之說明般，在攝氏25度下之pH為4以上11以下。亦即，可使漿料落在弱酸性或弱鹼性之範圍。
一般而言，上述各種基板首先以整理形狀之方式進行兩面研磨。此稱為粗加工。隨後，進行用於減低於粗加工產生之傷痕之中間加工。最後，進行研磨表面至原子等級之平坦度之修飾加工。過去，粗加工步驟中，碳化矽或氮化鎵基板之研磨係使用金剛石磨粒。然而，由於金剛石磨粒之維氏硬度比碳化矽或氮化鎵基板高，故會造成稱為研磨痕(saw mark)之自表面到達深度部分之損傷。 為了修復該研磨痕，需要隨後長時間之中間加工。粗加工中使用金剛石磨粒之理由為可儘可能地提高研磨速率。
為了抑制上述研磨痕之發生，有使用微細金剛石磨粒之方法。然而，進行機械研磨時，隨著磨粒粒徑減小研磨速率變低，且，隨著磨粒粒徑變小，有使用金剛石磨粒時之成本變高之問題。據此，尚無法確立使研磨處理之速度提高，且防止損傷發生之方法。
本發明之研磨用磨粒可解決該問題。若使用本發明之研磨用磨粒，則由於獲得充分高的研磨速率，故可一次進行粗加工與中間加工。本發明之研磨用磨粒係使用與碳化矽或氮化鎵基板相同程度或比其柔軟之成分3進行研磨。
上述之拋光處理步驟係使用例如以15重量百分比之濃度將本發明之研磨用磨粒分散於100毫升純水中而成之研磨用漿料。在攝氏25度下之上述漿料之pH為4以上且11以下。依據實驗，研磨處理4小時後之廢液約為pH8左右。廢液之pH最好為5以上且9以下，使用LiCO3與Ca3(PO4)2以外之材料時為該範圍內。反應促進劑中使用LiCO3與Ca3(PO4)2時，為pH10~11左右。均為弱酸性~弱鹼性之範圍內，且可抑制對作業環境之不良影響。同時，廢液處理變得簡便。
較好上述漿料相對於純水100含有5重量百分比以上之研磨用磨粒，且將研磨用磨粒之表觀比容(靜置法)調整為0.5ml/g以上且200ml/g以下。表觀比容(靜 置法)未達0.5ml/g時會使研磨用磨粒之各成分分離。表觀比容(靜置法)即使超過200ml/g仍無法再提高研磨速率，且使研磨用磨粒在漿料中過量而急速沉降。
圖2所示之裝置中，使用彈力將被研磨材26壓向研磨墊22表面時，分散於研磨墊22表面之研磨用磨粒與被研磨材26之間容易產生摩擦熱。據此，較好以例如具有彈力之橡膠板等構成保持裝置24。研磨墊22較好為利用合成纖維、玻璃纖維、天然纖維、合成樹脂、天然樹脂等構成者。藉由使保持裝置24對被研磨材26賦予適度彈力，可有效產生摩擦熱且實現高的研磨速率。研磨用磨粒與被研磨材之間亦可發生反應促進劑之化學反應所產生之溫度以上之摩擦熱。
又，研磨裝置啟動初期，由於無摩擦熱之累積，故被研磨材26之研磨面溫度上升不充分。因此研磨速率變低。該情況下，較好設置使漿料之溫度調整成適溫之裝置。另外，本發明之研磨用磨粒亦可使用於乾式研磨。例如，基材為研磨用之墊時，係以適當密度使研磨用磨粒分散於墊之表面並固定，獲得研磨構件。可使用將複合磨粒分散於樹脂或纖維中並固定者。基材為塑膠成型品時，於混合研磨用磨粒與固化前之塑膠後，以特定方法硬化，獲得研磨構件。且，亦可為分散於膠帶狀之基材中並固定者。該研磨構件適於乾式研磨，但亦可將純水供給於研磨處理中之研磨面，進行濕式研磨。
[與過去技術之比較]
圖3係過去之機械化學研磨方法之說明圖。
該等均作為比較例列舉者。圖3A所示之磨粒係混合複數種研磨劑者。將混合A研磨材16與B研磨材18而成之漿料一起供給於研磨裝置。B研磨材18具有促進A研磨材16之研磨作用之功能。該情況下，一般而言，由於A研磨材16與B研磨材18之比重不同，故如圖3B所示，兩者在漿料內分離。
圖3C顯示使用促進A研磨材16之研磨作用之漿料17之例。該方法由於能解決上述問題，故近年來廣被採用。然而，由於漿料17為強鹼性者，或使用氧化劑等而成為腐蝕性強的溶液，故使作業環境變差。另外，研磨處理後之廢液處理費用為高額。
圖3D係顯示使A研磨材16固定於高分子材料19表面之例。該研磨用磨粒難以獲得如適於硬脆材料之摩擦步驟般之平均粒度者。亦即，僅能獲得尺寸較大者。且，整體比重變輕，會自研磨裝置被沖掉。本發明之研磨用磨粒由於比重較重，故能長期滯留在研磨裝置之墊上面，而提高研磨速率。
實施例1
[研磨用磨粒之構造與作用]
圖4A與圖4B係本發明之研磨用磨粒之顯微鏡照 片，圖4A以下為其研磨作用之說明圖。
圖4A係顯示實施例1之研磨用磨粒之顯微鏡照片。由於係剛經一體化處理後者，故混合存在有大小各種尺寸之研磨用磨粒。亦混合存在有平均粒徑為5~6μm且粒徑為1μm左右者。圖4B係其部分放大圖。係拍攝外徑約6μm之1個研磨用磨粒者。混合存在預先粉碎之3種類之成分，且相互強固地連結一體化。3種類之成分均以保持原先具備之固有物理化學性質之狀態而一體化為粒子狀。實施例之研磨用磨粒係以即使於研磨處理中使用後，亦不分離程度之力予以一體化。例如，研磨碳化矽基板4小時後回收之研磨用磨粒之表面狀態仍與該照片無法區別之程度。
實施例1之研磨用磨粒係使氧化鋁(Al2O3)與二氧化錳(MnO2)及碳酸鈣(CaCO3)一體化而成者。分別以50重量份、37.5重量份、12.5重量份之比例混合該等。以球磨法(ball milling)使該等粉碎成外徑1μm以下之粉末，再繼續施加機械衝擊約0.5小時而獲得研磨用磨粒。自其中篩選出平均粒度1μm之研磨用磨粒而使用。將以上述方法獲得之研磨用磨粒與純水一起供給於圖2所示之裝置中，研磨碳化矽基板4小時。含有研磨用磨粒之漿料在研磨處理中係供給於研磨墊22上，且依序排出。排出之漿料可再度回收，且供給於研磨墊22上重複使用。
作為藍寶石研磨用，係以分別為50重量份、37.5重量份、12.5重量份之比例混合氧化鋁(Al2O3)與二 氧化錳(MnO2)及碳酸鈣(CaCO3)，且以球磨法一體化而製造者。獲得平均粒度2μm之研磨用磨粒。研磨藍寶石基板4小時後自漿料中取出之複合磨粒亦獲得與上述相同之結果。
例如，使用樹脂等接著劑結合複數種無機化合物成分之方法為已知。然而，利用樹脂等接著劑獲得之結合力無法防止因研磨中遭受之外力而使複數種無機化合物相互分離。處此之外，考慮有燒結各成分而一體化之方法。然而，進行燒結時，無機化合物成分彼此混合，使各個無機化合物成分之物質固有性質喪失掉大部分。據此，無法有效發揮如本發明之研磨用磨粒般之功能。亦即，無法實現充分效率之良好研磨速率。而且，成分會因燒結處理時承受之攝氏1000度左右之熱而變質並分解。機械合金化處理並不施加會使各成分變質並分解之熱。
如圖4C所示，該實施例之研磨用磨粒由於各成分一樣混合，故所有成分均係其一部分露出於研磨用磨粒之外表面。以使研磨用磨粒轉動之方式與被研磨材直接連續接觸。研磨用磨粒本身藉摩擦熱而發熱，且化學反應性研磨材直接以其摩擦熱被加熱，於被研磨材表面產生機械化學效果。再者，自圖4C之狀態轉移到圖4D之狀態時，產生機械化學效果之部分立即接觸到研磨用磨粒對被研磨材表面進行機械研削之成分。藉此，研削掉被研磨材之產生機械化學效果之部分。
研磨用磨粒以於被研磨材表面轉動之方式進 行運動。此時，化學反應性研磨材與具有機械研削被研磨材之功能之成分在被研磨材表面交互重複接觸。而且，在摩擦熱擴散到漿料中之前，由於該等在不設有時間間隔下接觸，故能有效地進行連鎖研磨。又，亦可以任一成分塗覆研磨用磨粒整體。該情況下，其他成分不會露出於研磨用磨粒之外表面。然而，研磨處理中若該塗覆崩壞而使全部成分露出於表面，則產生上述作用。且，例如，塗覆只要是不妨礙其他成分之作用之程度的厚度即可，即使全部成分不露出於研磨用磨粒表面亦無妨。
化學反應性研磨材與具有機械研削功能之無機化合物成分分散於漿料中而存在時，對於被研磨材之產生機械化學效果之部分，具有機械研磨之功能之無機化合物成分直接接觸該部分之概率非常少。據此，必須持續長時間的研磨處理。
若於全面一樣產生機械化學效果，則亦可機械研削某一部分。據此，藉由強鹼性溶液之漿料於被研磨材整面產生機械化學效果之方法於過去係作為最實用方法被採用。然而，該方法之廢液處理成為問題。此已經說明。
圖4E係以實施例之研磨用磨粒研磨被研磨材時之被研磨材表面附近之剖面圖。僅削掉被研磨材26表面附近之施以陰影線之部分。圖4F係以金剛石磨粒36研磨被研磨材26表面時之被研磨材表面附近之剖面圖。該情況下，於被研磨材26表面產生深的研磨痕38。此係過 去最嚴重之問題。
[研磨後之研磨用磨粒之分析]
圖5A係比較研磨碳化矽基板4小時前後之研磨用磨粒之成分之圖。
圖5A之上段表示研磨處理前之研磨用磨粒之各成分所佔之比例。下段表示研磨處理後之研磨用磨粒之各成分所佔之比例。如該圖所示，實施例之研磨用磨粒在研磨處理前與處理後，其成分比無顯著變化。本發明之研磨用磨粒之機械強度高，即使藉研磨處理亦不被破壞故可重複使用。亦即，由研磨碳化矽基板4小時後自漿料中取出之研磨用磨粒之外觀及分析結果，可知混合之材料大部分以原有形態存在。可知總重量之約3%因上述化學反應而被消耗。
圖5B係比較研磨藍寶石基板4小時前後之複合磨粒之成分之圖。
研磨前鋁(Al)與矽(Si)及鈣(Ca)佔整體之比例分別為38.2重量%、43.8重量%、17.9重量%。研磨處理後為41.2重量%、42.3重量%、16.5重量%。鋁成分以外之成分佔整體之比例幾乎無變化。鋁成分之比例增加之原因認為係新含有研磨藍寶石之研磨屑所致。
分離並分析研磨處理後與漿料一起排出之殘渣。其結果，以鋁(Al)與矽(Si)及鈣(Ca)佔整體之比例分別為52%、33%、0.5%之比例含所得殘渣。成分分析結果， 含有莫來石(Mullite)。
對於研磨處理中，複合磨粒是因為機械或熱分解而生成莫來石者、或因其以外之原因而生成者進行探討。莫來石之生成量與研磨時間成比例。而且，會發生充分超過研磨處理前後之複合磨粒消耗量之量的莫來石。亦即，可知複合磨粒邊使被研磨材表面產生化學變質邊研磨，其殘渣為莫來石。即使使用過去任一種濕式研磨方法，研磨4小時後亦未發生該量之莫來石。據此，證明上述反應促進劑在研磨中發揮有效功能。
莫來石為氧化鋁與二氧化矽之化合物。其化學式係以3Al2O3‧2SiO2~2Al2O3‧SiO2、或Al6O13Si2表示。藉由複合磨粒與被研磨材之摩擦，局部產生攝氏數百度之摩擦熱。該熱因漿料而擴散，使複合磨粒與被研磨材接觸之微小區域變成高溫。可判斷為碳酸鈣促進被研磨材與氧化鋁反應之結果，生成莫來石者。
圖6係使用各種磨粒進行研磨處理之結果之廢液性質比較圖。
如圖6A所示，測定研磨處理後排出之漿料溫度之結果，因研磨處理使溫度自室溫上升至攝氏30度~40度左右，故可確認因反應促進劑造成之影響。研磨處理後排出之漿料之去除純水之殘渣為碳化矽或氮化鎵基板之研削屑。殘渣為固體成分，可藉過濾器自廢液去除。pH雖依據反應促進劑之種類而有不同，但大部分廢液為pH7.5左右。排水為中性在處理上較容易，亦無環境污染問題。 且，最大為pH 11.2，可無問題地處理。
以使Al2O3與SiO2與CaCO3一體化而成之研磨用磨粒研磨藍寶石時，均可實現每分鐘0.7~1.0μm之高的研磨速率。如圖6B所示，使用LiCO3與Ca3(PO4)2以外之材料作為反應促進劑時，研磨前之測定值為pH4.63~8.0，研磨後之測定值為pH 4.2~8.2之範圍內。使用LiCO3與Ca3(PO4)2作為反應促進劑時，研磨前之測定值分別為pH 10.1與9.0，研磨後之測定值分別為pH 11.2與9.6。均為弱酸性~弱鹼性之範圍內。可抑制對作業環境之不良影響。而且，廢液處理變得簡便。在高溫下成為高鹼性環境之區域為微少區域，故可知不會對漿料之pH造成大的影響。
實施例2
[驗證第1成分之作用]
圖7係更換第1成分研磨SiC時之研磨速率之比較圖。
表示為樣品1-1之部分顯示碳化矽之研磨中使用使Al2O3與MnO2及CaCO3一體化而成之研磨用磨粒之結果。
該實施例中，研磨裝置之運轉條件為研磨壓盤20之轉數設為每分鐘50轉(rpm)，保持裝置24之轉數設為每分鐘100轉，保持裝置24將被研磨材26朝研磨壓 盤20之方向按壓之研磨壓力設為每1平方公分為160克(g/cm2)。研磨用磨粒係以15重量%混入純水中。如此調整之漿料自注液器28以每分鐘10毫升(ml/min)供給於研磨墊22上。
表示為樣品2-1之部分係顯示於碳化矽之研磨中使用使ZrO2與MnO2及CaCO3一體化而成之研磨用磨粒之結果。樣品2-2之第1成分為ZrSiO4，樣品2-3之第1成分為雲母，樣品2-4之第1成分為滑石。第1成分並無產生機械化學效果之作用。第1成分ZrO2之新莫氏硬度為11。碳化矽之新莫氏硬度為13。第1成分單質體無法研磨碳化矽。
然而，使第1成分ZrO2與第2成分MnO2及反應促進劑CaCO3一體化而成之研磨用磨粒顯示如圖之最高研磨速率。接著之圖8的比較例6所示之過去使用金剛石磨粒時之研磨速率為0.26(μm/min)，相對於此，樣品1-1之研磨素率約為其2.8倍之0.72(μm/min)。第1成分對於氮化鎵之作用亦幾乎相同。據此，針對氮化鎵，該實驗例並未顯示。
[驗證第2成分之作用]
圖8係更換第2成分研磨SiC時之研磨速率之比較圖。
表示為樣品1-1之部分顯示碳化矽之研磨中使用使Al2O3與MnO2及CaCO3一體化而成之研磨用磨粒之結 果。圖8之實施例中，顯示第1成分與反應促進劑相同，且依序更換第2成分之例。樣品3-1係第2成分為TiO2，樣品3-2係第2成分為ZnO，樣品3-3係第2成分為NiO，樣品3-4係第2成分為SnO2，樣品3-5係第2成分為Sb2O3，樣品3-6係第2成分為CuO，樣品3-7係第2成分為Co3O4，樣品3-8係第2成分為CeO2，樣品3-9係第2成分為Pr6O11，樣品3-10係第2成分為Ti-Cr-Sb之複氧化物。
樣品3-11與樣品3-12為2成分構造之研磨用磨粒。樣品3-11顯示使用以與本發明相同之方法使氧化鋁(Al2O3)與二氧化錳(MnO2)機械結合而一體化之研磨用磨粒之結果。樣品3-12顯示使用以與本發明相同之方法使碳酸鈣(CaCO3)與二氧化錳(MnO2)機械結合而一體化之研磨用磨粒之結果。即使為2成分，仍可獲得與過去之使用金剛石磨粒時相等之研磨速率。
比較例1顯示使用以與本發明相同之方法使氧化鋁(Al2O3)與碳酸鈣(CaCO3)機械結合而一體化之研磨用磨粒之結果。比較例2顯示於漿料中混入氧化鋁(Al2O3)與二氧化錳(MnO2)與碳酸鈣(CaCO3)之單純混合物(未經一體化)之結果。比較例3顯示僅以二氧化錳(MnO2)作為磨粒之結果。比較例4顯示僅以氧化鋁(Al2O3)作為磨粒之結果。比較例5顯示僅以碳酸鈣(CaCO3)作為磨粒之結果。
以上之例均為於研磨裝置中使用樹脂墊，且使用於純水中混入磨粒之漿料。另一方面，比較例6係顯 示使用平均粒徑為1~3μm之金剛石磨粒，且研磨裝置中使用金屬壓盤，且使用油性漿料之結果。
此處，比較該等全部之例之研磨速率時，使用樣品1之研磨用磨粒時，係每分鐘0.71μm，相對於此，比較例1~5之例任一種幾乎均無法進行研磨。即使使用金剛石磨粒之比較例6，研磨速率仍低如每分鐘0.26之值。而且，使用金剛石磨粒時會研磨痕之問題。
圖8所示之樣品1-1顯示極高的研磨速率，且在SiC之研磨中可發揮充分之威力。樣品3-11或樣品3-12與過去比較研磨速率亦較高，為實用性上充分高。其他樣品之研磨速率亦有使用金剛石磨粒之情況以下者。然而，該等樣品具有不產生有害廢液之方面，與使研磨面成為極高品質之優點，可謂亦比過去優異之方法。亦即，第2磨粒與研磨用磨粒一體化，故有難以溶出漿料中、不會大幅污染漿料之效果。
全部之樣品均係使用不使作業環境惡化，且廢液處理容易之以純水作為分散介質之漿料。研磨所使用之金屬壓盤之面必須為與碳化矽或氮化鎵之研磨面所要求相同程度之平坦。然而，維持其平坦度並不容易。另一方面，樹脂墊係僅施加用於將研磨用磨粒壓向碳化矽或氮化鎵之研磨面者。據此，並不要求精度高的構造。樹脂墊便宜且亦容易維護。
(氮化鎵之情況)
圖9係更換第2成分時之氮化鎵GaN之研磨速率之比較圖。
樣品1-1、3-1~3-11之磨粒分別與圖8相同之樣品名之磨粒相同構造者。研磨氮化鎵時，樣品1-1顯示極高之研磨速率。且，樣品3-9、3-10亦顯示高的研磨速率。樣品3-2、3-3~3-4、3-6顯示不比比較例8遜色之高的研磨速率。其他樣品之研磨速率雖低，但具有不產生有害廢液之方面、與使研磨面成為極高品質之優點，與圖8之情況相同。亦即，第1成分為如滑石或雲母之新莫氏硬度低者，可實現與金剛石磨粒相同程度或其上之研磨速率。而且由於可獲得極高品質之研磨面故非常有效。
(藍寶石之情況)
圖9B係使用各種磨粒進行藍寶石之研磨處理之結果之比較圖。
表示為樣品1之部分係顯示於藍寶石之研磨中使用使Al2O3與SiO2與CaCO3一體化而成之複合磨粒之結果。表示為樣品2之部分係顯示於藍寶石之研磨中使用使Al2O3與Fe2O3與CaCO3一體化而成之複合磨粒之結果。表示為樣品3之部分係顯示於藍寶石之研磨中使用使Al2O3與Cr2O3與CaCO3一體化而成之複合磨粒之結果。
該實施例中係以平均粒度為#325之GC(green carbonite)研磨藍寶石晶圓，且被研磨劑使用表面粗糙Ra=0.22μm者。研磨裝置之運轉條件為研磨壓盤20之轉 數設為每分鐘50轉(rpm)，保持裝置24之轉數設為每分鐘100轉，保持裝置24將被研磨材26朝研磨壓盤20之方向按壓之研磨壓力設為每1平方公分為160克(g/cm2)。研磨用磨粒係以15重量%混入純水中。如此調整之漿料自注液器28以每分鐘1毫升(ml/min)供給於研磨墊22上。
以下為比較例。ref1係顯示僅以氧化鋁(Al2O3)作為磨粒之結果。ref2顯示僅以氧化矽(SiO2)作為磨粒之結果。ref3係僅以碳酸鈣(CaCO3)作為磨粒之結果。
ref4係顯示使用以與本發明相同之方法使氧化鋁(Al2O3)與氧化矽(SiO2)機械結合而一體化之複合磨粒之結果。ref5顯示使用以與本發明相同之方法使氧化鋁(Al2O3)與碳酸鈣(CaCO3)機械結合而一體化之複合磨粒之結果。
ref6顯示使用以與本發明相同之方法使氧化矽(SiO2)與碳酸鈣(CaCO3)機械結合而一體化之複合磨粒之結果。ref7顯示於漿料中混入氧化鋁(Al2O3)與氧化矽(SiO2)與碳酸鈣(CaCO3)之單純混合物(未經一體化)之結果。ref8顯示使用平均粒徑為1~3μm之金剛石磨粒之結果。以上之例均使用樹脂墊作為研磨墊，使用於純水中混入磨粒而成之漿料。另一方面，ref9顯示使用平均粒徑為1~3μm之金剛石磨粒，研磨裝置使用金屬壓盤，且使用油性漿料之結果。
此處，比較該等全部之例的研磨速率時，使用樣品1之複合磨粒時，為每分鐘1μm，相對於此，ref1~ref8之例任一種均無法超過每分鐘0.3μm。即使ref9之例，研磨速率為每分鐘0.8μm，亦不及本發明之研磨速率。ref9之例為堪稱為已知研磨速率最高之方法。
樣品1與2之情況係可實現比已知之該方法高之研磨速率。樣品3之情況下可實現與ref9相同程度之研磨速率。全部樣品均使用以不使作業環境惡化、廢液處理容易之純水作為分散介質之漿料。且，使用金屬壓盤時，其面必須為與藍寶石研磨面所要求相同程度之平坦。然而，維持其平坦度並不容易。另一方面，樹脂墊係僅施加用於將研磨用磨粒壓向藍寶石之研磨面之壓力者。據此，不需要求精度高的構造。樹脂墊便宜且亦容易維護。本發明由於可使用如樹脂墊般柔軟之研磨墊，故比使用金屬壓盤時更有利。
[驗證反應促進劑之作用]
圖10係顯示更換反應促進劑時SiC之研磨速率與研磨處理後之溫度關係之數據。
比較例1係使用不含反應促進劑之磨粒之例。樣品11~18係第1成分使用Al2O3，第2成分使用MnO2，分別使用不同之反應促進劑的研磨用磨粒獲得之實驗結果。表示測定研磨碳化矽4小時後之研磨速率與漿料之溫度之結果。
樣品19使用僅使反應促進劑(CaCO3)與第2成分MnO2一體化之研磨用磨粒之例。樣品20係使用僅使反應促進劑(CaCO3)與第1成分Al2O3一體化之研磨用磨粒之例。
如圖10A所示，除比較例1外，研磨後之漿料溫度均為攝氏30度以上。此意味著因反應促進劑之發熱，而加熱漿料。且除研磨後之漿料之溫度高以外，亦可知研磨速率高。亦即，愈以摩擦熱使反應促進劑活潑之化學反應，研磨速率愈變高。
比較例1時之研磨速率為0.31μm/min，研磨後之漿料溫度為攝氏27度。比較該例與其他例時，可知不僅研磨時產生之摩擦熱，因反應促進劑之化學反應產生之熱亦會使漿料溫度上升。再者，樣品11~18中，組合第1成分與第2成分與反應促進劑之研磨用磨粒亦證明研磨速率急遽提高。反應促進劑之作用在氮化鎵之研磨中亦相同，故不例示。
圖10B係顯示研磨後之漿料溫度與研磨速率關係之表。實驗例1~8係使用由第1研磨劑使用Al2O3，第2研磨劑使用SiO2，分別使用不同之反應促進劑而成之複合磨粒之實驗結果。該等複合磨粒均於整體所佔之比例係第1研磨劑為50重量%，第2研磨劑為37.5重量%，反應促進劑為12.5重量%所構成。研磨條件完全相同。被研磨材係以平均粒度為#325之GC(green carbonite)研磨藍寶石晶圓後之表面粗糙Ra-0.22μm者。研磨前之漿料溫度 為攝氏25度。測定研磨藍寶石1小時後之漿料溫度。研磨速率係測定研磨後之被研磨材厚度，且計算每1分鐘(min)之研磨量而求出者。
ref1係使用未使用反應促進劑之磨粒之比較例。ref2係僅使用反應促進劑(CaCO3)與第2研磨劑SiO2之比較例。ref3係僅使用反應促進劑(CaCO3)與第1研磨劑Al2O3之比較例。
由實驗例1~8之結果，研磨後之漿料溫度均為攝氏30度以上。此意味著不僅因被研磨材與研磨劑之摩擦產生之熱，亦因反應促進劑之化學反應而加熱漿料。且可知研磨後之漿料溫度越高，研磨速率越大。亦即，可知愈以摩擦熱使反應促進劑活潑之化學反應，研磨速率愈快。
ref1時之研磨速率為0.40μm/min，研磨後之漿料溫度為攝氏27度。又，可知ref2(無第1研磨劑)與ref3(無第2研磨劑)因反應促進劑之發熱而使漿料加熱至攝氏41度。然而，研磨速率不會過高。因此，僅組合第1研磨劑與第2研磨劑與反應促進劑之本發明之複合磨粒證明研磨速率充分高。
[研磨速率提高之理由]
本文中，整理並說明利用本發明之研磨用磨粒獲得顯著之研磨速率提高之理由。
(1)研磨用磨粒含有新莫氏硬度為13以下之第1成 分之情況
新莫氏硬度為13以下之粒子係ZrSiO4與Al2O3與ZrO2與SiC。該等成分係發揮對於碳化矽或氮化鎵施加物理力而形成塑性變形層(無定型層)之作用。再者，以具有產生機械化學效果之性質之第2成分，使塑性變質層變質後，第1成分發揮機械剝除其塑性變形層之作用。被研磨材中以第1成分形成塑性變形層時，該部分之結晶構造遭破壞，故認為容易藉第2成分而產生機械化學效果。使塑性變質層變質時，可藉硬度比被研磨材低之第1磨粒將其剝除。該作用於被研磨材為藍寶石之情況亦相同。
Al2O3之新莫氏硬度為9。ZrSiO4與ZrO2之新莫氏硬度為8。所有粒子之新莫氏硬度均未比碳化矽或氮化鎵高，故抑制了研磨痕發生。Al2O3比ZrSiO4硬，故使用Al2O3之研磨用磨粒之研磨速率比使用ZrSiO4之研磨用磨粒高。
(2)含有對研磨用磨粒產生機械化學效果之研磨材之情況
機械化學研磨材為Cr2O3、Fe2O3、TiO2、ZnO、NiO、SnO2、Sb2O3、CuO、Co3O4、CeO2、Pr6O11、MnO2。所有均在高溫環境下容易與碳化矽或氮化鎵引起氧化反應。且容易引起固相反應。該化學反應認為使碳化矽或氮化鎵之被研磨面變質。此於先前技術文獻中已介紹。
對藍寶石之機械化學研磨材為Cr2O3、Fe2O3或SiO2。該等研磨材容易與藍寶石(Al2O3)引起同形取代(isomorphous substitution)。所謂同形取代為離子半徑近似之物質彼此自外部施加壓力或熱時，離子群相互取代之現象。
具有與藍寶石之六配位(six-coordination)Al3 +(離子半徑0.54Å(埃))接近之離子半徑的物質為Fe2O3之六配位Fe3 +(離子半徑0.55Å)、Cr2O3之六配位Cr3 +(離子半徑0.62Å)。該等離子群引起同形取代。該化學反應認為使藍寶石之被研磨面變質。
另一方面，SiO2係進行如下之化學反應。利用脫水縮合反應使具有矽烷醇基(≡Si-OH)之SiO4四面體連結時，Al3 +以如Al(OH)3之形態施加於脫水縮合反應。SiO4連結體納入藍寶石之結晶構造內。SiO4連結體之內部成為以四配位Al3 +(離子半徑0.39Å)取代六配位Si4 +(離子半徑0.40Å)之狀態。利用該同形取代之化學反應認為使藍寶石之被研磨面變質。
(3)研磨用磨粒中含有反應促進劑之情況
說明使用碳酸鈣(CaCO3)作為反應促進劑時之化學反應。碳酸鈣係以藉由研磨用磨粒與碳化矽或氮化鎵之研磨面之摩擦產生之摩擦熱，而分解成CaO與CO2。進而因摩擦熱發生攝氏數百度之熱時，氧化鈣CaO與水反應而發熱，生成氫氧化鈣(Ca(OH2))。該反應僅在使碳化矽或氮 化鎵與研磨用磨粒接觸之極狹窄區域中產生。藉該反應使碳化矽或氮化鎵變質。同時，認為在高溫之強鹼環境下，會加速產生機械化學效果之研磨材之化學反應。
如上述，研磨用磨粒在碳化矽或氮化鎵之研磨面形成塑性變形層，且在因反應促進劑而形成高溫強鹼環境之部分產生機械化學效果，而研磨碳化矽或氮化鎵。因該發熱，研磨後之漿料成為攝氏30度~40度。發生強鹼環境係在研磨用磨粒周邊之極狹窄區域故不會對整體之pH造成太大影響。
針對SrCO3、MgCO3、BaCO3等，亦全部發生同樣反應。上述之反應極局部發生。研磨處理後之漿料之pH僅比中性之7稍上升。且，即使以該第2成分使碳化矽或氮化鎵表面變質，若於該部位未正確接觸第1成分則無法提高研磨速率。據此，即使以如過去般分離研磨劑與反應促進劑之狀態含於漿料中，亦無法獲得高的研磨速率。本發明之研磨用磨粒由於使第1成分與第2成分與摩擦滅反應劑一體地結合，故能獲得上述效果。亦即，藉濕式研磨可以相當高的研磨速率研磨碳化矽或氮化鎵，獲得高品質之研磨面。
圖11係顯示樣品1~3之研磨壓力與研磨速率之關係之數據。
該實施例係用於確認因變更研磨壓力所致之研磨速率變化者。該圖係顯示保持裝置24將被研磨材26朝研磨壓盤20之方向按壓之研磨壓力設為每1平方公分為500克 (g/cm2)、750g/cm2、1000g/cm2之3種實驗結果。壓盤轉數為每分鐘50轉，載盤轉數為每分鐘100轉，漿料濃度為15%，漿料供給量為每分鐘10毫升。
依據該結果，增加研磨壓力時，提高SiC基板之研磨速率。例如樣品1之情況下，獲得研磨壓力為500g/cm2時，研磨速率為每分鐘0.72微米(μm/min)，相對於此，研磨壓力為1000g/cm2時，獲得研磨速率為1.39μm/min之結果。研磨速率變成約2倍。而且，即使將研磨壓力設為1000g/cm2，亦可在無研磨痕之狀態下使碳化矽基板之研磨後之面粗糙度成為0.003μm。
藉由提高研磨壓力，而產生更多摩擦熱，同時，使研磨用磨粒有效地削除被研磨材之研磨面，以該實施例獲得證明。樣品1~3之任一研磨用磨粒均可比過去之方法高速地進行被研磨材之高品質研磨。
圖12係顯示各種複合磨粒之研磨速率與表面粗糙度之關係之比較圖。
該例係顯示於漿料中使用純水時之各種磨粒之研磨速率與研磨後之被研磨之表面粗糙度者。為了比較，而包含使用SiO2、MnO2、CeO2、TiO2之單質體、與金剛石磨粒之例。金剛石磨粒以外之磨粒對於SiC之研磨，研磨速率極低而不實用。本發明之研磨用磨粒即使於漿料中使用純水，仍均顯示比金剛石磨粒更高之研磨速率。而且，研磨後之SiC基板之表面粗糙度比金剛石磨粒顯著較小。亦即，可獲得高品質之研磨面。
圖13係顯示比較例之磨粒之研磨速率與表面粗糙度之關係之比較圖。
此處係顯示於漿料中含有SiO2、MnO2、CeO2、TiO2、與氧化劑的H2O2，研磨SiC基板之結果。若與圖12之例比較，可知僅能勉強研磨。然而，該研磨速率之研磨時間太長，並不實用。
圖14係圖表化之研磨速率之比較圖。圖15係圖表化之研磨後之表面粗糙度之比較圖。
圖12與圖13之結果以圖表表示於圖14與圖15。如圖14所示，本發明之研磨用磨粒可實現與金剛石磨粒同等以上之研磨速率。此外，同時如圖15所示，與以金剛石磨粒產生之研磨面之粗糙度比較，獲得壓倒性之高品質研磨面。
如以上之說明，反應促進劑產生摩擦熱之區域，或二氧化錳所及之氧化作用區域均極狹窄。而且，顯現其效果之時間亦相當短時間。利用摩擦熱促進利用第2成分之氧化作用，且在該狀態下使該面與第1成分立即接觸，可藉由相互作用而有效地研磨。即使反應促進劑與氧化劑與機械研磨劑彼此交互以不規則之時間與被研磨劑表面接觸，仍無法展現出充分之相互作用。亦即，該等粒子分散於漿料中之情況，與本發明之經一體化之研磨用磨粒之情況產生顯著差異。此成為本發明之研磨用磨粒預期提高研磨速率之原因。
依據以上之發明，由於將研磨被研磨材之中 間步驟壓縮至短時間，同時生成高平坦度之研磨面，故可大幅縮短修飾加工步驟。據此，大有助於削減對該種基板之生產成本造成較大影響之研磨處理之成本。且，由於不使用強酸性或強鹼性水溶液，且使研磨用磨粒分散於中性之水中，故廢液為弱酸性或弱鹼性，不會對環境造成不良影響。
又，上述之實施例係例示且說明藍寶石、碳化矽或氮化鎵作為被研磨材。然而，藉由本發明之研磨用磨粒，即使為該等以外之材料，仍可以高品質高速研磨。且，上述實施例中顯示結合2成分或3成分之無機化合物之例。然而，使4種類以上之無機化合物成分彼此透過非晶質層一體結合之研磨用磨粒亦具有相同功能。混合比例或成分之組合只要依據被研磨材之種類自由選擇即可。
此外，上述之實施例中，說明第1成分與第2成分分以1種，或第1成分與第2成分與第3成分分別以1種類結合之例。然而，如例如第1成分為1種且第2成分為2種般，使各成分分別複數種組合並結合亦無妨。
本發明之研磨用磨粒可廣泛利用於電源裝置用基盤、其他電子零件材料、電絕緣性材料等中之藍寶石、碳化矽或氮化鎵之研磨步驟中。再者，本發明之研磨用磨粒亦可利用於金屬或陶瓷、或人工骨頭等生體材料之高品質研磨中。且，亦可利用於鎢等硬質材料之研磨。而且，與過去之研磨方法比較，可大幅縮短研磨時間，可大幅降低製品之成本。

Claims (17)

  1. 一種研磨用磨粒，其係用以研磨被研磨材之表面者，且係藉由機械合金化處理使第1成分與第2成分一體化成平均粒徑0.05μm以上且100μm以下之粒子狀而成之研磨用磨粒，該第1成分為莫氏硬度與被研磨材相等或比被研磨材低之無機化合物，該第2成分為使上述被研磨材化學變質者，上述第1成分為選自滑石、ZrSiO4、ZrO2、Al2O3、SiC之中之1種或2種以上之機械研磨材，上述第2成分係由鋰、鹼土類金屬之碳酸鹽、磷酸鹽、氟化物、硼化合物，及氯化銀、溴化銀、碘化銀等鹵化合物、冰晶石、或明礬中選出之1種或2種以上之對純水難溶性之鹽，上述第1成分佔上述經一體化之研磨用磨粒之5重量百分比以上且95重量百分比以下，上述第2成分佔上述經一體化之研磨用磨粒之5重量百分比以上且95重量百分比以下，上述第1成分與第2成分皆係分別其之一部分露出於粒子之外表面。
  2. 一種研磨用磨粒，其係用以研磨被研磨材之表面者，且係使第1成分與第2成分皆係在保持個別成分之物質固有性質之狀態下，相互透過非晶質層而結合為一體之平均粒徑0.05μm以上且100μm以下之粒子狀之研磨用磨粒，該第1成分為莫氏硬度與被研磨材相等或比被研磨材低之無機化合物，該第2成分為使上述被研磨材化學變質者，上述第1成分為選自滑石、ZrSiO4、ZrO2、Al2O3、SiC之中之1種或2種以上之機械研磨材，上述第2成分係由鋰、鹼土類金屬之碳酸鹽、磷酸鹽、氟化物、硼化合物，及氯化銀、溴化銀、碘化銀等鹵化合物、冰晶石、或明礬中選出之1種或2種以上之對純水難溶性之鹽，上述第1成分佔上述經一體化之研磨用磨粒之5重量百分比以上且95重量百分比以下，上述第2成分佔上述經一體化之研磨用磨粒之5重量百分比以上且95重量百分比以下，上述第1成分與第2成分皆係分別其之一部分露出於粒子之外表面。
  3. 如請求項1或2之研磨用磨粒，其中上述第2成分包含對於被研磨材產生機械化學效果之化學反應性研磨材，且該化學反應性研磨材為選自SiO2、Fe2O3、Cr2O3、CeO2之中之1種或2種以上之研磨材。
  4. 如請求項1或2之研磨用磨粒，其中上述第2成分包含藉由研磨處理時產生之摩擦熱反應而使被研磨材之研磨面氧化之氧化劑。
  5. 如請求項4之研磨用磨粒，其中上述氧化劑為MnO2。
  6. 如請求項1或2之研磨用磨粒，其中上述被研磨材為藍寶石且係用以濕式研磨該藍寶石之磨粒，該磨粒係藉由機械合金法使包含下列成分之混合物直接結合而一體化成粒狀者：莫氏硬度為7以上9以下之粒子狀之第1研磨劑，對上述藍寶石具有機械化學作用之粒子狀之第2研磨劑，及對漿料所使用之純水為難溶性且由鹼金屬鹽或鹼土類金屬鹽所成之粒子狀之摩擦熱反應劑；上述摩擦熱反應劑為選自CaCO3、SrCO3、MgCO3、BaCO3、Li2CO3、Ca3(PO4)2、Li3PO4及AlK(SO4)2之群中之1種或2種以上之材料，且佔上述經一體化粒子之5重量百分比以上95重量百分比以下。
  7. 如請求項6之研磨用磨粒，其中上述第1研磨劑為Al2O3、ZrSiO4或ZrO2，且佔上述經一體化粒子之5重量百分比以上95重量百分比以下。
  8. 如請求項6之研磨用磨粒，其中上述第2研磨劑係選自Cr2O3、Fe2O3、SiO2之群中之一種或2種以上之材料且佔上述經一體化粒子之5重量百分比以上95重量百分比以下。
  9. 如請求項6之研磨用磨粒，其中上述第1研磨劑為Al2O3、ZrSiO4或ZrO2，上述第2研磨劑係選自Cr2O3、Fe2O3、SiO2之群中之1種或2種以上之材料。
  10. 如請求項1或2之研磨用磨粒，其中上述被研磨材為碳化矽或氮化鎵，上述磨粒係使上述第2成分、反應促進劑成分，與上述第1成分在分別保持個別成分之物質固有性質之狀態下，藉由機械合金化處理而相互直接結合以全體一體化成粒子狀者；該第2成分為發揮藉由研磨處理時產生之摩擦熱反應而使被研磨材之研磨面氧化之化學研磨作用者，該反應促進劑成分為藉由研磨時產生之摩擦熱而促進研磨面之氧化作用者，該第1成分為發揮機械去除經氧化之被研磨材之研磨面之機械研磨作用者。
  11. 如請求項10之研磨用磨粒，其中上述發揮機械研磨作用之第1成分為SiC、Al2O3、ZrSiO4、ZrO2或該等以外之矽酸鹽化合物，且為新莫氏硬度為9以上且13以下者，上述第1成分相對於研磨用磨粒之總重量佔5重量百分比以上95重量百分比以下。
  12. 如請求項10之研磨用磨粒，其中上述發揮機械研磨作用之第1成分為滑石、雲母或該等以外之矽酸鹽化合物，且為新莫氏硬度未達9者，上述第1成分相對於研磨用磨粒之總重量佔5重量百分比以上95重量百分比以下。
  13. 如請求項10之研磨用磨粒，其中上述發揮化學研磨作用之第2成分為除Zr以外之存在於週期表上第3族至第11族之間之過渡金屬元素或週期表上第12族元素(鋅族元素)之氧化物或複氧化物，上述第2成分相對於研磨用磨粒之總重量佔5重量百分比以上95重量百分比以下。
  14. 如請求項10之研磨用磨粒，其中上述發揮化學研磨作用之第2成分為MnO2，且相對於研磨用磨粒之總重量佔5重量百分比以上95重量百分比以下。
  15. 如請求項10之研磨用磨粒，其中上述反應促進劑為對純水難溶性者，且為鹼金屬鹽或鹼土類金屬鹽，上述反應促進劑相對於研磨用磨粒之總重量佔5重量百分比以上95重量百分比以下。
  16. 如請求項10之研磨用磨粒，其中上述反應促進劑為CaCO3，且相對於研磨用磨粒之總重量佔5重量百分比以上95重量百分比以下。
  17. 一種漿料，其係用於研磨碳化矽或氮化鎵者，且係將如請求項1至16中任一項之研磨用磨粒分散於中性之水中而生成之懸浮液，在攝氏25度時之pH為4以上且11以下。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013133198A1 (ja) * 2012-03-05 2013-09-12 株式会社 フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物、及び当該研磨用組成物を用いた化合物半導体基板の製造方法
WO2018123875A1 (ja) * 2016-12-26 2018-07-05 株式会社フジミインコーポレーテッド 研磨用組成物及び研磨方法
US20200058482A1 (en) * 2017-02-21 2020-02-20 Fujimi Incorporated Method for polishing silicon carbide substate
CN106833522A (zh) * 2017-03-12 2017-06-13 孙宏梅 一种法兰蝶阀蝶板研磨剂
FR3070538B1 (fr) * 2017-08-30 2020-02-21 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Procede de desassemblage d'un module photovoltaique et installation associee
CN107627226B (zh) * 2017-09-15 2019-05-07 东莞市中微纳米科技有限公司 一种弹性固结磨料及其制备方法和应用
CN107652900B (zh) * 2017-10-23 2019-10-29 大连理工大学 一种氮化镓晶片光电化学机械抛光液及抛光方法
CN109732471B (zh) * 2017-10-31 2020-07-28 湖南大学 一种化学机械-机械化学协同微细磨削加工方法与复合磨粒型微小磨具
CN111417744B (zh) * 2017-12-12 2023-03-17 凯密特尔有限责任公司 用于除去含有冰晶石的沉积物的无硼酸组合物
EP3739016A4 (en) * 2018-01-11 2022-01-26 Fujimi Incorporated POLISHING COMPOSITION
US20210114171A1 (en) * 2018-05-01 2021-04-22 3M Innovative Properties Company Conformable abrasive article
JP7246411B2 (ja) * 2018-05-17 2023-03-27 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 研磨粒子の混合物を有する擦り磨き物品
CN110511679A (zh) * 2019-08-30 2019-11-29 大连理工大学 一种蓝宝石衬底的高效混合磨料化学机械抛光液
CN113559967B (zh) * 2021-08-22 2023-08-15 潍坊凯华碳化硅微粉有限公司 全自动碳化硅微粉湿法交叉循环研磨系统及其加工方法
CN115368826B (zh) * 2022-08-26 2023-08-25 江南大学 基于类球形氧化铈磨粒的抛光液及其制备方法、应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04176556A (ja) * 1990-11-13 1992-06-24 Daido Steel Co Ltd 磁気研摩方法、磁気研摩用砥粒およびその製造方法
JP2006315110A (ja) * 2005-05-11 2006-11-24 Kyocera Chemical Corp 研磨剤、その製造方法及び研磨方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4827963B1 (zh) 1967-10-16 1973-08-28
US4881951A (en) * 1987-05-27 1989-11-21 Minnesota Mining And Manufacturing Co. Abrasive grits formed of ceramic containing oxides of aluminum and rare earth metal, method of making and products made therewith
JP4345746B2 (ja) 1999-11-16 2009-10-14 株式会社デンソー メカノケミカル研磨装置
ATE462774T1 (de) * 2000-10-16 2010-04-15 3M Innovative Properties Co Verfahren zur herstellung von keramischen agglomeratteilchen
EP1234800A1 (de) * 2001-02-22 2002-08-28 Degussa Aktiengesellschaft Wässrige Dispersion, Verfahren zu ihrer Herstellung und Verwendung
US20040192172A1 (en) * 2001-06-14 2004-09-30 Dan Towery Oxidizing polishing slurries for low dielectric constant materials
SG158740A1 (en) * 2002-03-15 2010-02-26 Rothmans Benson & Hedges Low sidestream smoke cigarette with combustible paper having modified ash characteristics
US7261752B2 (en) * 2002-09-24 2007-08-28 Chien-Min Sung Molten braze-coated superabrasive particles and associated methods
JP2005081485A (ja) 2003-09-08 2005-03-31 Tube Systems:Kk 高温メカノケミカル研磨方法と装置
US20050137077A1 (en) * 2003-12-18 2005-06-23 3M Innovative Properties Company Method of making abrasive particles
KR100756390B1 (ko) * 2006-02-24 2007-09-10 이화다이아몬드공업 주식회사 절삭공구용 절삭팁
TWI495713B (zh) 2010-04-28 2015-08-11 Baikowski Japan Co Ltd 藍寶石研磨用漿體及藍寶石之研磨方法
CN104531065B (zh) * 2014-12-12 2016-10-19 广东工业大学 一种超硬磨料的制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04176556A (ja) * 1990-11-13 1992-06-24 Daido Steel Co Ltd 磁気研摩方法、磁気研摩用砥粒およびその製造方法
JP2006315110A (ja) * 2005-05-11 2006-11-24 Kyocera Chemical Corp 研磨剤、その製造方法及び研磨方法

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